ConcurrentHashMap竟然也有死迴圈問題？

luoxn28發表於2019-06-22

前幾天和朋友閒聊，說遇到了一個ConcurrentHashMap死迴圈問題，當時心裡想這不科學呀？ConcurrentHashMap怎麼還有死迴圈呢，畢竟它已經解決HashMap中rehash中死迴圈問題了，但是隨著深入的分析，發現事情並沒有之前想的那麼簡單~ (以下分析基於jdk版本：jdk1.8.0_171)

保險起見，不能直接貼出出現問題的業務程式碼，因此將該問題簡化成如下程式碼：

ConcurrentHashMap<Integer, Integer> map = new ConcurrentHashMap<>();
// map預設capacity 16，當元素個數達到(capacity - capacity >> 2) = 12個時會觸發rehash
for (int i = 0; i < 11; i++) {
    map.put(i, i);
}

map.computeIfAbsent(12, (k) -> {
    // 這裡會導致死迴圈 :(
    map.put(100, 100);
    return k;
});

// 其他操作

感興趣的小夥伴可以在電腦上執行下，話不說多，先說下問題原因：當執行computeIfAbsent時，如果key對應的slot為空，此時會建立ReservationNode物件(hash值為RESERVED=-3)放到當前slot位置，然後呼叫mappingFunction.apply(key)生成value，根據value建立Node之後賦值到slow位置，此時完成computeIfAbsent流程。但是上述程式碼mappingFunction中又對該map進行了一次put操作，並且觸發了rehash操作，在transfer中遍歷slot陣列時，依次判斷slot對應Node是否為null、hash值是否為MOVED=-1、hash值否大於0(list結構)、Node型別是否是TreeBin(紅黑樹結構)，唯獨沒有判斷hash值為RESERVED=-3的情況，因此導致了死迴圈問題。

問題分析到這裡，原因已經很清楚了，當時我們認為，這可能是jdk的“bug”，因此我們最後給出的解決方案是：

如果在rehash時出現了slot節點型別是ReservationNode，可以給個提示，比如拋異常；
理論上來說，mappingFunction中不應該再對當前map進行更新操作了，但是jdk並沒有禁止不能這樣用，最好說明下。

最後，另一個朋友看了computeIfAbsent的註釋：

 1 /**
 2  * If the specified key is not already associated with a value,
 3  * attempts to compute its value using the given mapping function
 4  * and enters it into this map unless {@code null}.  The entire
 5  * method invocation is performed atomically, so the function is
 6  * applied at most once per key.  Some attempted update operations
 7  * on this map by other threads may be blocked while computation
 8  * is in progress, so the computation should be short and simple,
 9  * and must not attempt to update any other mappings of this map.
10  */
11 public V computeIfAbsent(K key, Function<? super K, ? extends V> mappingFunction)

我們發現，其實人家已經知道了這個問題，還特意註釋說明了。。。我們還是too yong too simple啊。至此，ConcurrentHashMap死迴圈問題告一段落，還是要遵循編碼規範，不要在mappingFunction中再對當前map進行更新操作。其實ConcurrentHashMap死迴圈不僅僅出現在上述討論的場景中，以下場景也會觸發，原因和上述討論的是一樣的，程式碼如下，感興趣的小夥伴也可以本地跑下：

1 ConcurrentHashMap<Integer, Integer> map = new ConcurrentHashMap<>();
2 map.computeIfAbsent(12, (k) -> {
3     map.put(k, k);
4     return k;
5 });
6 
7 System.out.println(map);
8 // 其他操作

最後，一起跟著computeIfAbsent原始碼來分下上述死迴圈程式碼的執行流程，限於篇幅，只分析下主要流程程式碼：

 1 public V computeIfAbsent(K key, Function<? super K, ? extends V> mappingFunction) {
 2     if (key == null || mappingFunction == null)
 3         throw new NullPointerException();
 4     int h = spread(key.hashCode());
 5     V val = null;
 6     int binCount = 0;
 7     for (Node<K,V>[] tab = table;;) {
 8         Node<K,V> f; int n, i, fh;
 9         if (tab == null || (n = tab.length) == 0)
10             tab = initTable();
11         else if ((f = tabAt(tab, i = (n - 1) & h)) == null) {
12             Node<K,V> r = new ReservationNode<K,V>();
13             synchronized (r) {
14                 // 這裡使用synchronized針對區域性物件意義不大，主要是下面的cas操作保證併發問題
15                 if (casTabAt(tab, i, null, r)) {
16                     binCount = 1;
17                     Node<K,V> node = null;
18                     try {
19                         // 這裡的value返回可能為null呦
20                         if ((val = mappingFunction.apply(key)) != null)
21                             node = new Node<K,V>(h, key, val, null);
22                     } finally {
23                         setTabAt(tab, i, node);
24                     }
25                 }
26             }
27             if (binCount != 0)
28                 break;
29         }
30         else if ((fh = f.hash) == MOVED)
31             tab = helpTransfer(tab, f);
32         else {
33             boolean added = false;
34             synchronized (f) {
35                 // 僅僅判斷了node.hash >=0和node為TreeBin型別情況，未判斷`ReservationNode`型別
36                 // 擴容時判斷和此處類似
37                 if (tabAt(tab, i) == f) {
38                     if (fh >= 0) {
39                         binCount = 1;
40                         for (Node<K,V> e = f;; ++binCount) {
41                             K ek; V ev;
42                             if (e.hash == h &&
43                                 ((ek = e.key) == key ||
44                                  (ek != null && key.equals(ek)))) {
45                                 val = e.val;
46                                 break;
47                             }
48                             Node<K,V> pred = e;
49                             if ((e = e.next) == null) {
50                                 if ((val = mappingFunction.apply(key)) != null) {
51                                     added = true;
52                                     pred.next = new Node<K,V>(h, key, val, null);
53                                 }
54                                 break;
55                             }
56                         }
57                     }
58                     else if (f instanceof TreeBin) {
59                         binCount = 2;
60                         TreeBin<K,V> t = (TreeBin<K,V>)f;
61                         TreeNode<K,V> r, p;
62                         if ((r = t.root) != null &&
63                             (p = r.findTreeNode(h, key, null)) != null)
64                             val = p.val;
65                         else if ((val = mappingFunction.apply(key)) != null) {
66                             added = true;
67                             t.putTreeVal(h, key, val);
68                         }
69                     }
70                 }
71             }
72             if (binCount != 0) {
73                 if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD)
74                     treeifyBin(tab, i);
75                 if (!added)
76                     return val;
77                 break;
78             }
79         }
80     }
81     if (val != null)
82         // 計數統計&閾值判斷+擴容操作
83         addCount(1L, binCount);
84     return val;
85 }

ConcurrentHashMap竟然也有死迴圈問題？

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